© 2003 GTEN AG Intelligence for a better world Intelligence for a better world Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten – wo liegen die Ursachen Wolfgang.

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1 © 2003 GTEN AG Intelligence for a better world Intelligence for a better world Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten – wo liegen die Ursachen Wolfgang Schau 30.10.2003

2 © 2003 GTEN AG2 Die Magie der großen Zahlen Je höher die Taktrate, desto größer der Durchsatz Z.B. 100 Mbit/s = 12 MB / Sekunde – zumindest theoretisch DSL 30 mal schneller als ISDN In der Werbung ja praktisch … eher nein! Antwortzeit abhängig von der Taktrate der CPU - zumindest laut Verkaufsprospekt

3 © 2003 GTEN AG3 Definitionen Taktrate = Grundfrequenz des elektrischen Signals Baudrate = Anzahl der übertragenen Zustände Sekunde Bitrate = Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde Datenrate = Anzahl der übertragenen Datenbits/s Übertragungsrate = Anzahl der übertragenen Bytes/s Übertragungszeit = Zeit vom Senden bis zum vollständigen Empfang der Daten Antwortzeit = Zeit vom Senden der Anforderung bis zum Beginn der Antwort Transaktionszeit = Zeit vom Senden der Anforderung bis zum vollständigen Empfang der Antwort

4 © 2003 GTEN AG4 Taktrate vs Bitrate Taktrate Grundfrequenz, mit der die Informationen über eine Leitung getaktet wird Bitrate Anzahl von Bits, die pro Zeiteinheit (Sekunde) übertragen wird. -Taktrate und Codierungsart bestimmen die Bitrate

5 © 2003 GTEN AG5 Datenrate Anzahl Nutzdaten, die pro Zeiteinheit übertragen wird Framing, Bitstuffing, Management und Steuerinformationen reduzieren die Netto Datenrate (Z.B. ISDN: 144 zu 192 kBit/s)

6 © 2003 GTEN AG6 Übertragungszeit Zeit vom Abschicken einer größeren Informationseinheit Datenpaket, Datei, etc., bis zum vollständigen Empfang auf der Gegenseite Unterscheidung in Simplexe Übertragung ohne Sicherungsprotokoll Duplexe Übertragung hdx = half duplexfdx = full duplex)

7 © 2003 GTEN AG7 Simplexe Übertragung Faktoren für die Übertragungszeit: Bitrate Overhead Physikalische Laufzeit = < c (c = 3*10 8 m/s) t [ s] DataHeader DataHeader

8 © 2003 GTEN AG8 Beispiel: Simplexe Übertragung Beispiel Information = 1 KB Datenrate = 2 Mbit/s Physikalische Laufzeit 0,6 c (c = 3*10 8 m/s) 5 s / km Taktzeit 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 / 3*10 8 = 2 ms Gesamte Übertragungszeit = 6 ms ??? Theoretisch Ja – praktisch Nein! 600 km 2 Mbit/s

9 © 2003 GTEN AG9 Datenübertragung in der Praxis: Simplex Praxis: Ca. 10 Store and Forward Hobs Datenrate im Access Bereich = 1.568/128 kbit/s bzw. 2 Mbit/s Datenrate im Back-Bone Bereich 155 / 622 Mbit/s Physikalische Laufzeit 0,6 c (c = 3*10 8 m/s) 5 s / km 600 km 2 Mbit/s 155 Mbit/s 128 kbit/s 155 Mbit/s ADSL 1568 / 256 kBit/s Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 128*10 3 = 64 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 / 3*10 8 2 ms Gesamt: 72,2 ms SDSL 2 MBit/s Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 / 3*10 8 2 ms Gesamt: 12,2 ms (2 Mbit/s)

10 © 2003 GTEN AG10 Antwortzeit (Duplexe Übertragung) Faktoren für die Übertragungszeit: 2 * (Bitrate + Overhead + Physikalische Laufzeit) + Verarbeitungszeit t [ s] DataHeader DataHeader Quittung Header t [ s] Quittung Header

11 © 2003 GTEN AG11 Übertragung in der Praxis:Round Trip Delay Praxis: Ca. 10 Store and Forward Hobs Datenrate im Access Bereich = 2 Mbit/s Datenrate im Back-Bone Bereich 155 / 622 Mbit/s Physikalische Laufzeit 0,6 c (c = 3*10 8 m/s) 5 s / km 600 km 2 Mbit/s 155 Mbit/s 1.568/256 kbit/s 155 Mbit/s Upstream Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 128*10 3 = 64 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 / 3*10 8 2 ms Gesamt: 72,2 ms Downstream Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 1.568*10 3 = 5,2 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 / 3*10 8 2 ms Gesamt: 13,4 ms Total Roundtrip:85,6 ms (+Verarbeitungszeit)

12 © 2003 GTEN AG12 Routenverfolgung tracert www.bahn.de Routenverfolgung zu www.bahn.de [81.200.192.68] über maximal 30 Abschnitte: 1 71 ms 60 ms 70 ms 192.168.10.1 2 60 ms 61 ms 60 ms 213.217.105.65 3 70 ms 70 ms 71 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [62.145.11.1] 4 70 ms 70 ms 70 ms at-0-2-0-12.m20.ham.bmcag.net [194.140.113.84] 5 80 ms 80 ms 80 ms at-0-2-0-32.nap.decix.bmcag.net [194.140.113.29] 6 90 ms 90 ms 81 ms de-cix.ffm.plusline.net [80.81.192.132] 7 80 ms 90 ms 90 ms bahn-pl.m.plusline.net [213.83.21.189] 8 90 ms 90 ms 90 ms david.bahn.de [81.200.192.194] 9 80 ms 91 ms 90 ms andreas.bahn.de [81.200.192.132] 10 90 ms 100 ms 100 ms klaus.bahn.de [81.200.192.173] 11 90 ms 90 ms 90 ms www.bahn.de [81.200.192.68]

13 © 2003 GTEN AG13 Route zu Yahoo.co.jp Routenverfolgung zu www.yahoo.co.jp [202.229.198.216] 1 60 ms 60 ms 60 ms 192.168.10.1 2 61 ms 60 ms 70 ms 213.217.105.65 3 70 ms 70 ms 61 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [62.145.11.1] 4 70 ms 70 ms 70 ms at-0-2-0-12.m20.ham.bmcag.net [194.140.113.84] 5 160 ms 170 ms 170 ms so-0-2-0-00.nap.ash.us.bmcag.net [194.140.113.15] 6 171 ms 160 ms 160 ms ge-2-3-0.r01.asbnva01.us.bb.verio.net [206.223.115.12] 7 170 ms 170 ms 180 ms p16-1-0-0.r21.asbnva01.us.bb.verio.net [129.250.5.21] 8 230 ms 231 ms 240 ms p16-0-1-2.r20.plalca01.us.bb.verio.net [129.250.2.192] 9 260 ms 230 ms 241 ms xe-0-2-0.r21.plalca01.us.bb.verio.net [129.250.4.231] 10 230 ms 231 ms 230 ms p64-0-0-0.r21.mlpsca01.us.bb.verio.net [129.250.5.49] 11 230 ms 230 ms 231 ms p16-6-0-0.r80.mlpsca01.us.bb.verio.net [129.250.3.24] 12 341 ms 360 ms 351 ms p16-0-2-0.r21.tokyjp01.jp.bb.verio.net [129.250.4.158] 13 360 ms 371 ms 350 ms xe-1-0-0.a21.tokyjp01.jp.ra.verio.net [61.213.162.230] 14 341 ms 340 ms 361 ms ge-0-0-0.a08.tokyjp01.jp.ra.verio.net [61.120.144.42] 15 351 ms 350 ms 351 ms 61.213.160.134 16 351 ms 350 ms 351 ms g1-0-n-otemachi-core4.sphere.ad.jp [203.138.68.139] 17 350 ms 351 ms 350 ms p7-0-fdm-core1.sphere.ad.jp [202.239.114.238] 18 351 ms 350 ms 351 ms g0-9-fdm-arena-gw5.sphere.ad.jp [202.239.113.134] 19 340 ms 341 ms 340 ms 202.239.120.147 20 351 ms 350 ms 351 ms 202.229.198.216 Deutlich sind ab 5, 8, und 12 die long distance delays zu erkennen

14 © 2003 GTEN AG14

15 © 2003 GTEN AG15 Transaktionszeit Window = 1: Faktoren für die Übertragungszeit: N * (2 * (Bitrate + Overhead + Physikalische Laufzeit) + Verarbeitungszeit) (N = Anzahl Pakete) t [ms] Data 1Header Data 1Header QuittungHeader Data 2Header Data 2Header

16 © 2003 GTEN AG16 Beispiel Filetransfere Window = 1 File = 600 KB Packet Size = 1.500 Byte 409,6 Pakete Roundtrip per Paket = 350 ms Total Time = 409,6 * 350 ms = 143,36 sec Netto Übertragungsrate in der Praxis: 600 * 1.024 * 8 / 143,36 = 34 kBit/s Das ist aufgrund der Laufzeit bzw. des turn around delays nur ein geringer Bruchteil der theoretische möglichen Überragungsrate

17 © 2003 GTEN AG17 Data 6Header Einfluss der Windows Size t [ms] Data 8Header QuittungHeader Quittung 1Header Data 9Header Data 3Header Data 4Header Data 5Header Die Quittung wird empfangen, bevor das Sendefenster erreicht ist, d.h. es kann kontinuierlich (mit wire speed) gesendet werden! Data 1Header Data 2Header QuittungHeader Quittung 2Header

18 © 2003 GTEN AG18 Optimale Window Size Übertragungszeit Filesize / Bitrate + + 1 mal physikalische Laufzeit + Verarbeitungszeit + 1 mal physikalische Laufzeit für letzte Quittung für die letzte Quittung Beispiel wie vor 600 * 1024 * 8 / 1.568 * 10 3 = 3,13 sec + 5 us * 20.000 = 0,1 sec + 1 ms + 5 us * 20.000 = 0,1 sec = 3,33 sec Entspricht 1,48 Mbit/s Faktor 43,5 höher im Vergleich zu Windowsize = 1

19 © 2003 GTEN AG19 Zusammenfassung Flaschenhals Die langsamste Bitrate entlang der Strecke bestimmt den Durchsatz Physikalische Laufzeit hat erheblichen Einfluß !!! Window == 1 ist der Performance Killer Paketsize nicht zu klein wählen: -Der relative Overhead wird zu groß ! Paketsize nicht zu groß wählen: -Wenn Bitfehlerrate zu groß wird, kollabiert der Durchsatz bei Wiederholungen -Einfluß auf Interlacing mit anderen Applikationen auf langsamen Leitungen! (z.B. VoIP)

20 © 2003 GTEN AG20© 2003 GTEN AG Nicht die großen Zahlen entscheiden, sondern das bessere System Design